高速鐵路隧道特大溶洞防護(hù)及處理施工技術(shù)研究

李丁

（川鐵（瀘州）鐵路有限責(zé)任公司，四川 瀘州646100）

1 工程概況

朱砂堡2#隧道位于滬昆客專貴州東段玉屏東至三穗東車站區(qū)間內(nèi)，為雙線隧道，左右線線間距為5.0m，進(jìn)口與出口分別位于半徑為11 000m 的右偏曲線上與半徑為12 000m 的左偏曲線上。隧道進(jìn)口里程D2K473+452，出口里程D2K473+957，全長(zhǎng)505m。隧道進(jìn)口鄰近朱砂堡中橋臺(tái)尾，出口鄰近克麻塘中橋臺(tái)尾，最大埋深約49m。

1.1 溶洞及暗河描述

該隧道經(jīng)過暗河溶洞形狀不規(guī)則，溶洞順線路方向最寬約61m（溶洞中部），溶洞平面順線路方向?qū)捈s42m，橫線路方向最寬約80m（溶洞底部），溶洞最大深度91m（溶洞大里程側(cè)右下角），線路方向最大深度79.3m，溶洞橫線路方向呈三角形、上窄下寬，順線路方向呈“大肚囊”，溶洞埋深約40m，隧道二襯拱頂標(biāo)高與溶洞頂標(biāo)高基本相平，暗河沿溶洞大廳底部大里程側(cè)由左向右、再向小里程方向通過，溶洞上部洞壁圍巖線路左側(cè)巖體較為松散，線路右側(cè)巖體較為完整，從溶洞下部情況看，洞壁巖體破碎，極易坍落，底部有部分坍落的碎塊土堆積，部分地段呈倒懸狀，穩(wěn)定性差。暗河及溶洞大廳容積約3.2×105m3。

1.2 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述

經(jīng)進(jìn)一步勘察，查明暗河與隧道正洞在D2K473+780 處相交，隧道位于暗河頂板以上0～20m，暗河水流量約為21 600m3/h。該段勘察揭示的暗河、落水洞位于線路右側(cè)，暗河溶洞靠線路側(cè)距離隧道開挖邊緣3～20m，暗河頂部距離隧道軌面0～60m，暗河形態(tài)分布變化較大，暗河高度在22～83m、寬度在8～50m 內(nèi)變化。處理方案除局部用鋼筋混凝土地基梁和護(hù)拱加強(qiáng)外，在D2K473+720～+800 段80m 長(zhǎng)度內(nèi)于隧道底板按1∶0.2 的下坡施作C20 混凝土墻；為確保施工安全，施工之前對(duì)局部不穩(wěn)定懸石、孤石清除，并采用錨網(wǎng)噴防護(hù)對(duì)洞壁進(jìn)行加固，共澆筑混凝土近2.1×105m3。

2 溶洞防護(hù)方案

在隧道已完成的仰拱或上臺(tái)階上建立貝雷梁桁架拼裝平臺(tái)，并為貝雷梁桁架設(shè)置走形裝置；在貝雷梁頂部設(shè)置支頂型鋼桁架，桁架上焊接間距為1.5m×1.0m 的人工可調(diào)整頂杠，并在桁架之間鋪設(shè)φ16mm@15cm×15cm 的鋼筋網(wǎng)片；操作工人站立在支頂型鋼桁架內(nèi)對(duì)前方2m 范圍內(nèi)的危巖、傾限巖石進(jìn)行處理，同時(shí)，對(duì)處理巖面進(jìn)行第一次噴射混凝土，然后利用卷揚(yáng)機(jī)以2m 為1 個(gè)走行單元進(jìn)行貝雷梁的懸臂牽引；小里程方向的貝雷梁桁架向前走向24m（懸臂距離），大里程方向的貝雷梁桁架向前走向27m（懸臂距離），在溶洞頂部合攏，人工利用頂杠對(duì)支頂型鋼桁架外側(cè)4.5m 范圍內(nèi)的圍巖進(jìn)行頂撐，然后,分塊對(duì)防護(hù)區(qū)域的溶腔頂板進(jìn)行第二次掛網(wǎng)噴射混凝土【1】。

人工站立在貝雷梁桁架上對(duì)線路左側(cè)進(jìn)行被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)施工，被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)上部設(shè)計(jì)2 排鎖定錨桿，下部用混凝土反壓。后進(jìn)行混凝土澆筑，待混凝土灌注高度達(dá)到復(fù)合襯砌底板時(shí)，以2m 為1 個(gè)單元進(jìn)行支頂型鋼桁架拆除，并完成相應(yīng)段落護(hù)拱施工直至所有支頂型鋼桁架拆除完成，并將懸臂貝雷梁撤出，最后施工隧道底板和二襯。

2.1 貝雷梁桁架拼裝平臺(tái)搭設(shè)及前支點(diǎn)設(shè)計(jì)

大里程側(cè)：仰拱端頭里程為D2K473+790，在D2K473+793處設(shè)置懸臂貝雷梁的前支點(diǎn)。利用已完工的仰拱平面進(jìn)行貝雷梁桁架和支頂型鋼桁架的安裝。

小里程側(cè)：仰拱端頭里程為D2K473+700，上臺(tái)階開挖長(zhǎng)度23.5m，不能夠滿足懸臂梁拼裝長(zhǎng)度的場(chǎng)地需求，需要在隧道下臺(tái)階處回填棄碴，建設(shè)平臺(tái)總長(zhǎng)度58m，并在平臺(tái)頂面上部澆筑厚度為20cm 的C20 混凝土?？紤]到小里程側(cè)上臺(tái)階下部懸空并存在臨時(shí)施工導(dǎo)洞，同時(shí)考慮平臺(tái)下部空洞對(duì)懸臂貝雷梁前支點(diǎn)的影響，在溶腔壁后退6m 處設(shè)計(jì)前支點(diǎn)（D2K473+742 處）。

2.2 貝雷梁桁架拼裝及走行裝置設(shè)計(jì)

按大小里程兩側(cè)的懸臂貝雷梁桁架和支頂型鋼桁架分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。選用貝雷梁為國(guó)產(chǎn)321 型裝配式公路鋼橋的主桁架，桁架高度為150cm，桁架全部選用加強(qiáng)型，在懸臂梁前后支點(diǎn)處設(shè)置搖滾或平滾，以滿足走向要求。支頂型鋼桁架全部選用I22 型鋼焊接，桁架縱向間距150cm，縱向利用I22 型鋼連接；在環(huán)向鋼架上間距100cm 焊接頂杠，頂杠選用直徑50mm 的頂芯【2】。在貝雷梁尾部設(shè)置平衡配重用來滿足貝雷梁走行時(shí)的穩(wěn)定要求。

2.3 貝雷梁桁架上部支頂型鋼桁架設(shè)計(jì)

為保證支頂型鋼桁架受力均勻，并全部有效將受力傳遞至懸臂貝雷梁，將支頂型鋼桁架設(shè)計(jì)外形設(shè)計(jì)成弧形，弧度較隧道設(shè)計(jì)初支半徑小30cm，并利用豎向、橫向及剪刀桿件進(jìn)行受力傳遞，支頂型鋼桁架底層橫向型鋼利用U 型卡與貝雷梁連接成整體。在弧形桁架上按照間距100cm 間距設(shè)計(jì)頂杠，頂杠與弧形鋼架采用焊接工藝連接。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)，頂杠的頂撐范圍按照0～4.2m 設(shè)計(jì)，在頂杠的端部選用鉸接方式與頂板連接，以保證最大限度與溶腔圍巖密貼。

2.4 貝雷梁桁架前支點(diǎn)設(shè)置

在隧道D2K473+742 和D2K473+793 處分別設(shè)置懸臂貝雷梁桁架的前支頂及制動(dòng)裝置。首先為保證懸臂貝雷梁桁架前支頂受力均勻，在對(duì)應(yīng)部位澆筑300cm×100cm 的鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，在基礎(chǔ)上部鋪設(shè)厚度為15mm 的鋼板，鋼板與混凝土利用U 型筋進(jìn)行連接。為保證貝雷梁桁架在頂推過程中的安全，在鋼板上焊接“車擋”裝置，避免貝雷梁桁架發(fā)生“溜車”事故【3】。

2.5 貝雷梁桁架頂推作業(yè)

貝雷梁桁架及支頂型鋼桁架在拼裝平臺(tái)上部搭設(shè)完成，待溶洞頂部輪廓滿足懸臂走行條件后，及時(shí)進(jìn)行C30 混凝土噴射作業(yè)，然后將頂杠進(jìn)行上調(diào)至貼近初噴面，整體推動(dòng)貝雷梁桁架向前移動(dòng)2m，調(diào)整頂杠長(zhǎng)度至受力狀態(tài)，調(diào)整懸臂梁尾部支頂結(jié)構(gòu)，保證懸臂梁結(jié)構(gòu)安全，然后進(jìn)入第二個(gè)2m 行程處理過程，直至兩側(cè)懸臂貝雷梁“合攏”。小里程方向貝雷梁桁架頂推總長(zhǎng)度為24m，大里程方向貝雷梁桁架頂推總長(zhǎng)度為27m。

由于線路左側(cè)溶腔圍巖較為破碎，為保證溶腔底部操作工人的安全，選用被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)進(jìn)行防護(hù)。貝雷梁桁架整體頂推就位后，操作人員站立在支頂型鋼桁架內(nèi)部進(jìn)行錨桿施工，掛設(shè)整體被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，在溶洞底部利用混凝土進(jìn)行防護(hù)網(wǎng)壓腳處理，以防溶腔左側(cè)坍塌巖石。

3 結(jié)語

由于巖溶地貌特征的復(fù)雜性，在隧道工程施工中必須對(duì)溶洞進(jìn)行必要的防護(hù)與處理，否則，會(huì)導(dǎo)致隧道工程施工中極大的安全風(fēng)險(xiǎn)因素，最終誘發(fā)嚴(yán)重的工程質(zhì)量與安全問題。在溶洞防護(hù)與處理中，須結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，保證防護(hù)處理的效果，提升隧道工程施工整體質(zhì)量。